張玲利

杭州高新（濱江）水質(zhì)分析監(jiān)測(cè)站有限公司

1 前言

近些年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)手段的進(jìn)步，藥物分析、食品分析、環(huán)境分析等不同學(xué)科都得到了高速的發(fā)展。與此同時(shí)，由于具備獨(dú)特的分離機(jī)理，離子色譜在許多不同的專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)也得到了很高的關(guān)注度。距離子色譜檢測(cè)方法被提出已有近50年的歷史，在時(shí)代的巨輪不斷地向前滾動(dòng)的過(guò)程中，通過(guò)技術(shù)工作人員的持續(xù)優(yōu)化手段，離子色譜在如今已經(jīng)發(fā)展成為一種比較成熟的檢測(cè)方法，在各個(gè)領(lǐng)域有著非常廣泛地應(yīng)用。并且伴隨著當(dāng)代人對(duì)生態(tài)環(huán)境問題的逐漸重視，人們對(duì)離子色譜技術(shù)的需求會(huì)越來(lái)越多，離子色譜技術(shù)也將會(huì)迎來(lái)更廣闊的應(yīng)用環(huán)境。

2 離子色譜技術(shù)的概述

2.1 現(xiàn)代離子色譜技術(shù)的原理

作為液相色譜技術(shù)中非常關(guān)鍵的一個(gè)組成部分，現(xiàn)代離子色譜技術(shù)又被稱為高效離子色譜技術(shù)，與傳統(tǒng)的離子交換色譜技術(shù)對(duì)環(huán)境的監(jiān)測(cè)方面有所不同。現(xiàn)代離子色譜技術(shù)，從狹義上來(lái)說(shuō)是以低交換容量的離子交換樹脂為固定相對(duì)離子性物質(zhì)進(jìn)行分離，用電導(dǎo)檢測(cè)器連續(xù)監(jiān)測(cè)流出物電導(dǎo)變化的一種液相色譜方法。

2.2 離子色譜技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

相對(duì)于以往的分析方法，離子色譜在陰陽(yáng)離子的分析方面具有更大的優(yōu)勢(shì)。以陰陽(yáng)離子的分析為例，在分析陽(yáng)離子時(shí)，一般的化學(xué)分析法采用的是原子吸收法和光度法，一次只能分析一個(gè)元素，整個(gè)分析過(guò)程耗時(shí)比較多。在分析陰離子時(shí)，一般的化學(xué)分析法采用的是容量法、光度法和重量法，操作過(guò)程頗為繁瑣，需要用到的檢測(cè)藥品比較多，耗費(fèi)的時(shí)間也比較長(zhǎng)。而離子色譜技術(shù)在操作過(guò)程、檢測(cè)效率、分析時(shí)長(zhǎng)等多方面都有了不可比擬的進(jìn)步，有著以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

第一，分析的速度更快，操作更加方便。對(duì)常見陽(yáng)離子和陰離子的分析，離子色譜技術(shù)一般只要十分鐘就可以完成。如果有高效分離柱的加持，那么速度會(huì)更快，三分鐘左右就可以完成分析。第二，靈敏度超高，直接進(jìn)樣可達(dá)ppb級(jí)別，使用濃縮柱則可達(dá)ppt級(jí)別。第三，可以一次分析多種離子化合物。在儀器合適的情況下，離子色譜技術(shù)只需要在很短的時(shí)間內(nèi)，就可以得到檢測(cè)樣品中陰、陽(yáng)離子以及其他成分的全部信息。第四，更好的選擇性，離子色譜技術(shù)的固定相成熟多樣，檢測(cè)器具備選擇性，對(duì)分析的前處理要求不多，只需要過(guò)濾和稀釋就行。第五，檢測(cè)設(shè)備中分離柱的穩(wěn)定性好、容量更高，苯乙烯和二乙烯基苯聚合物是最常用的柱填料，它們的性能對(duì)分離柱的穩(wěn)定性有著非常大的幫助。這種樹脂的高pH 穩(wěn)定性允許用強(qiáng)酸或強(qiáng)堿作淋洗液，有利于擴(kuò)大應(yīng)用范圍。高的pH穩(wěn)定性和有機(jī)溶劑可匹配性以及高的柱容量，簡(jiǎn)化了樣品前處理中的溶解、稀釋、和過(guò)濾等手續(xù)。

2.3 離子色譜的分類及分離方式

一般來(lái)說(shuō)，離子色譜可以分為離子交換色譜（HPIC）、離子排斥色譜（HPIEC）和離子對(duì)色譜（MPIC）這三種類型。離子交換色譜的工作原理是利用離子間的不同作用力，一般應(yīng)用在有機(jī)和無(wú)機(jī)陽(yáng)、陰離子的分離，是離子色譜中應(yīng)用最廣泛、最常用的一種形式。離子排斥色譜主要是根據(jù)Donnon膜的排擠效應(yīng)，電離組分受排斥不被保留，但弱酸會(huì)有一定保留的原理。一般應(yīng)用在有機(jī)酸和機(jī)弱酸的分離，以及醛類、醇類、糖類和氨基酸的分離。離子對(duì)色譜，其對(duì)色譜的保留機(jī)理目前還處于理論假設(shè)階段，尚未完全弄清楚，但是關(guān)于分離機(jī)理存在3種不同的假說(shuō)：離子對(duì)形成理論、離子相互作用理論和動(dòng)態(tài)離子交換理論。

3 水環(huán)境監(jiān)測(cè)中離子色譜的運(yùn)用

離子色譜技術(shù)檢測(cè)的主要是無(wú)機(jī)陰離子、陽(yáng)離子和小分子竣酸這三類物質(zhì)，主要分離模型是離子交換和排斥，分析的樣品包括飲用水、江河湖泊水、雨水、地下水、電廠循環(huán)水、廢水等。離子色譜在分析水質(zhì)時(shí)，不僅可以快速分析水中常見的陰、陽(yáng)離子，還可以準(zhǔn)確定量地檢測(cè)出飲用水中氯酸根、次氯酸根、亞氯酸根等消毒產(chǎn)物。

3.1 分析無(wú)機(jī)陽(yáng)離子、陰離子

不同于傳統(tǒng)的化學(xué)分析狀況，離子色譜分析法借助一次進(jìn)樣和梯度淋洗的方式，可以在半小時(shí)的時(shí)間里完成對(duì)36中陰離子的分離，極大地縮短了分析時(shí)間，是飲用水水質(zhì)分析最有用、最高效的手段。

抑制型離子色譜通過(guò)使用二肢基丙酸和鹽酸作為淋洗劑，可以分析出多種陽(yáng)離子，將陽(yáng)離子交換固定相在苯乙烯聚合物表面與磺酸基陽(yáng)離子交換乳膠進(jìn)行聚合，堿金屬離子的親和力小于堿土，通過(guò)等濃度淋洗一次進(jìn)樣，很難同時(shí)分離兩組離子。然而使用新型的分離柱能夠改變陽(yáng)離子的交換位置或其選擇性以及密度，同樣采取等濃度淋洗一次進(jìn)行的方法，在15min內(nèi)就可以將堿土離子和堿金屬離子分離。

3.2 分析有機(jī)酸、堿

離子色譜技術(shù)也常常應(yīng)用到有機(jī)酸與有機(jī)堿的分析中。在傳統(tǒng)的化學(xué)分析方法中，取代基、帶控基的多元酸、控酸等經(jīng)過(guò)衍生反應(yīng)后，難以生存可揮發(fā)組分，無(wú)法利用氣相色譜進(jìn)行分析。而離子色譜技術(shù)解決了這一問題，新型的排斥柱離子填料，包含普通排斥柱的陽(yáng)離子交換基團(tuán)，起基代替OH基能和位于填料弱離子交換處的co基產(chǎn)生氫基，使琵基酸的分離選擇性增強(qiáng)。通過(guò)離子排斥的分離模式，可以測(cè)定出50種水中的可溶性有機(jī)酸，找出了定量分析36種有機(jī)酸的條件，在多樣品分析方面有非常顯著的成效。

3.3 復(fù)雜樣品的分析

離子色譜分析技術(shù)的不斷進(jìn)步，使無(wú)機(jī)陽(yáng)離子和陰離子、有機(jī)酸、離子物質(zhì)和費(fèi)離子物質(zhì)的同時(shí)分離得到實(shí)現(xiàn)。

實(shí)際水質(zhì)的監(jiān)測(cè)工作中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)水樣本同時(shí)含有無(wú)機(jī)陽(yáng)離子、陰離子和其他有機(jī)物質(zhì)。以往的分析技術(shù)很難對(duì)其成分進(jìn)行準(zhǔn)確的分析和科學(xué)的測(cè)定。而離子色譜檢測(cè)方法則不同，它實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜水體樣品的監(jiān)測(cè)，通過(guò)分離水環(huán)境中的有機(jī)物質(zhì)和無(wú)機(jī)物質(zhì)，檢測(cè)水中的導(dǎo)電成分，從而達(dá)到提高水環(huán)境檢查的準(zhǔn)確度與精度的效果。通過(guò)單株離子色譜法，能夠?qū)λ畼颖局胁菟帷l-、Ca+的含量進(jìn)行測(cè)定。此外，用EDTA溶液作為洗脫液，還可以和鈣離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成陰離子配合物，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)酸和陰陽(yáng)離子的同時(shí)檢測(cè)。

通過(guò)上述內(nèi)容可以看出，離子色譜檢測(cè)方法對(duì)于復(fù)雜樣品的應(yīng)用，可以在很大程度上減少因?yàn)闊o(wú)效操作浪費(fèi)的時(shí)間，同時(shí)還能減少檢測(cè)成本。

4 離子色譜技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的注意事項(xiàng)

4.1 水樣的過(guò)濾處理

水質(zhì)監(jiān)測(cè)時(shí)，首先要對(duì)需要檢測(cè)的水樣進(jìn)行抽濾，這樣可以避免水樣中的顆粒物在進(jìn)入離子色譜后堵塞管路。

4.2 水樣的稀釋處理

在使用離子色譜技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，如果等待檢測(cè)的離子對(duì)樹脂的親和力相差比較大，就需要使用不同強(qiáng)度或濃度的淋洗液進(jìn)行稀釋，使離子濃度符合檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，否則檢測(cè)效果就會(huì)受到影響。

4.3 對(duì)檢測(cè)環(huán)境溫度的控制

通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，溫度對(duì)離子色譜檢測(cè)結(jié)果有著很大程度的影響，不穩(wěn)定的溫度可能導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)偏差。因此，在進(jìn)行離子色譜檢測(cè)的過(guò)程中，一定要保持檢測(cè)環(huán)境溫度的穩(wěn)定。基于此，可以從以下三個(gè)方面保證溫度的穩(wěn)定性：首先，檢測(cè)環(huán)境內(nèi)空調(diào)、窗戶等溫度變化大的物體要與檢測(cè)儀器保持一定距離。其次，為了保證離子色譜中柱子的溫度穩(wěn)定，需要安裝配套的柱溫箱。最后在樣品進(jìn)入檢測(cè)前，需要把樣品在自動(dòng)進(jìn)樣器中放置一段時(shí)間，等樣品的溫度與柱溫幾乎一致后再開始檢測(cè)。

5 離子色譜技術(shù)運(yùn)用在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的未來(lái)發(fā)展方向

綜上所述，離子色譜技術(shù)對(duì)水環(huán)境的監(jiān)測(cè)和水污染的治理有著非常重要的作用。因此，為了更好地提高離子色譜技術(shù)的應(yīng)用效果，需要從以下幾個(gè)方面著手：首先，要更加重視離子色譜檢測(cè)技術(shù)，為離子色譜技術(shù)創(chuàng)建更好的監(jiān)測(cè)環(huán)境，形成更完整的離子色譜檢測(cè)理論，逐漸減少檢測(cè)的成本使檢測(cè)能更大范圍地被運(yùn)用。其次，在信息時(shí)代當(dāng)然要重視信息技術(shù)手段的進(jìn)步，檢測(cè)人員要對(duì)大數(shù)據(jù)技術(shù)與離子色譜檢測(cè)技術(shù)的結(jié)合施加更多關(guān)注，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，提升離子色譜技術(shù)的監(jiān)測(cè)深度，綜合分析歷史數(shù)據(jù)信息，更加全面地檢測(cè)水環(huán)境中陰離子的來(lái)源，借助數(shù)據(jù)清洗技術(shù)，對(duì)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行重復(fù)數(shù)據(jù)分析，最終實(shí)現(xiàn)離子色譜技術(shù)檢測(cè)的高準(zhǔn)確度和高覆蓋面。

6 結(jié)語(yǔ)

從本文的分析可知，離子色譜技術(shù)具有操作便捷、檢測(cè)迅速、結(jié)果準(zhǔn)確、選擇性好、分離柱穩(wěn)定性好、容量高、可以同時(shí)檢測(cè)分析多種離子化合物等特點(diǎn)。由于它檢測(cè)成本較低、檢測(cè)類別較多、經(jīng)濟(jì)適應(yīng)性和環(huán)境適應(yīng)性比較良好，離子色譜技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。因此，對(duì)于檢測(cè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，要更加關(guān)注離子色譜技術(shù)的發(fā)展，增強(qiáng)對(duì)離子色譜的倫倫知識(shí)學(xué)習(xí)，在實(shí)踐過(guò)程中根據(jù)現(xiàn)狀實(shí)行技術(shù)改造與升級(jí)，朝著優(yōu)化離子色譜檢測(cè)方法的方向努力。